간단한 답변: Node.js는 단일 스레드이며 단일 스레드를 분할하여 동시성을 시뮬레이션하는 반면 Elixir는 Erlang의 가상 머신인 BEAM의 기본 동시성과 병렬성을 활용합니다. 프로세스를 동시에 실행합니다.

아래에서는 Node.js 이벤트 루프와 Elixir의 BEAM VM 및 OTP라는 두 가지 주요 개념을 탐색하면서 이러한 차이점을 더 깊이 이해하겠습니다. 이러한 요소는 각 기술이 비동기 작업 실행을 처리하는 방법과 이것이 다양한 애플리케이션의 성능과 확장성에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 중요합니다.

1. 이벤트 루프란 무엇입니까?

Node.js는 단일 메인 스레드에서 작동하며 이벤트 루프라는 메커니즘을 사용하여 비동기 작업을 관리합니다. 기본 개념은 I/O 작업, 약속, 콜백 등 처리해야 할 보류 작업을 확인하고 준비가 되면 실행하는 것입니다.

1.1 실제 작동 방식:

비동기 작업이 시작되면(예: API에 대한 쿼리) libuv에 위임됩니다. 그 동안 이벤트 루프는 계속해서 다른 연결을 허용합니다.
비동기 작업이 완료되면 libuv는 결과를 이벤트 큐에 반환하고 이벤트 루프는 작업과 관련된 콜백을 호출 스택에 배치합니다.

1.2 이벤트 루프의 한계:

• 시간이 많이 걸리거나 CPU를 많이 사용하는 작업이 호출 스택에 있으면 다른 작업의 처리를 차단하여 효율성이 떨어질 수 있습니다.

• 모든 것이 단일 메인 스레드에서 실행되므로 동시성이 제한됩니다.

2. BEAM VM 및 OTP

Elixir는 높은 동시성과 탄력성을 처리하는 능력으로 유명한 Erlang을 구동하는 동일한 가상 머신인 BEAM VM을 기반으로 구축되었습니다. Node.js와 달리 Elixir는 단일 스레드에 의존하지 않습니다. 대신 BEAM에서 관리하는 매우 가볍고 격리된 프로세스를 사용합니다.

2.1 실제 작동 방식:

• Elixir의 각 프로세스는 독립적입니다. 즉, 메모리를 공유하지 않고 서로를 차단하지 않습니다.
• 이러한 프로세스는 수백만 개의 프로세스를 동시에 생성 및 관리하여 사용 가능한 모든 CPU 코어에 로드를 분산시킬 수 있는 BEAM에 의해 관리됩니다.
• 또한 Elixir에는 강력한 분산 시스템을 구축하기 위한 라이브러리와 도구 세트를 제공하는 OTP(Open Telecom Platform)가 함께 제공됩니다.

2.2 BEAM과 OTP의 장점:

• 확장성: BEAM은 모든 CPU 코어에 프로세스를 분산하여 리소스 사용량을 극대화할 수 있습니다.
• 복원력: 프로세스가 실패하더라도 다른 프로세스에 영향을 미치지 않습니다. 이를 통해 내결함성 시스템을 구축할 수 있습니다.
• 실제 경쟁: 단일 스레드로 제한되는 이벤트 루프와 달리 Elixir는 여러 CPU 코어를 활용하여 프로세스를 진정한 병렬로 실행할 수 있습니다.

3. 실제로 Node.js와 Elixir 비교

각 연결이 비동기 작업을 수행하고 일부 무겁고 시간이 많이 걸리는 처리를 수행하는 수천 개의 동시 연결을 처리해야 하는 서버를 상상해 보겠습니다.

3.1 Node.js 사용:

• 서버는 어느 정도 효율적이지만, 과도한 작업이 쌓이면 이벤트 루프에 과부하가 걸리기 시작합니다. JS 및 노드에서 사용할 수 있는 리소스를 잘 사용하면 async/wait 및/또는 then/catch 및 내장 리소스의 올바른 사용과 같이 성능에 많은 도움이 될 수 있습니다. lib 노드:클러스터 등
• 이로 인해 새로운 연결에 대한 응답이 지연되어 성능이 크게 저하될 수 있습니다.

3.2 엘릭서 사용:

• 각 연결은 별도의 프로세스로 관리될 수 있습니다. I/O 작업, 계산, 심지어 실패까지 개별적으로 관리할 수 있습니다.
• BEAM은 로드를 효율적으로 분산하여 수요가 많은 상황에서도 시스템이 큰 문제 없이 계속 작동하도록 보장합니다.
• 필요한 경우 메시지를 통해 프로세스 간 통신이 가능합니다.
• BEAM 선점형 스케줄링 메커니즘.

결론

Node.js는 많은 애플리케이션, 특히 간단한 비동기 작업을 처리하고 과도한 CPU 처리가 필요하지 않은 애플리케이션에 탁월한 도구입니다. 그러나 단일 스레드 기반 동시성 모델은 더 복잡한 시나리오에서 병목 현상이 발생할 수 있습니다.

Elixir는 BEAM VM과 경량 프로세스 및 대규모 동시성을 기본적으로 지원하여 다수의 동시 작업을 처리하고 여러 CPU 스레드 간에 부하를 분산해야 하는 시스템에 강력하고 효율적인 대안을 제공합니다. 탄력성, 확장성 및 높은 동시성이 필요하다면 Elixir가 선택입니다.

이 기사의 제목은 Elixir와 BEAM이 비동기 처리에서 Node.js보다 뛰어난 성능을 발휘한다는 점을 굵은 글씨로 나타내지만, 이러한 기술 간에는 상당한 차이가 있다는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 어떤 것을 사용할지에 대한 결정은 여기서 논의된 동시성 및 병렬성뿐만 아니라 다양한 요소를 고려해야 합니다. 생태계, 언어에 대한 팀의 친숙함, 특정 프로젝트 요구 사항 및 수행할 작업의 성격과 같은 측면은 작업에 가장 적합한 도구를 선택하는 데 중요한 역할을 합니다. 결국, 각 시나리오에는 고유한 특성이 있으며, 기술 선택은 프로젝트의 모든 요구 사항과 과제를 고려하여 전체적인 관점에서 이루어져야 합니다.

서지

스레드:

스레드는 프로그램에서 가장 작은 실행 단위입니다. 많은 운영 체제에서 프로세스에는 여러 스레드가 포함될 수 있으며 각각은 프로그램의 다른 부분을 실행합니다. 스레드는 메모리와 리소스를 공유할 수 있지만 이로 인해 경쟁 조건과 같은 동시성 문제가 발생할 수 있습니다.

경쟁:

동시성은 동시에 여러 작업을 처리하는 시스템의 기능입니다. 동시 시스템에서는 여러 작업이 동시에 실행되지 않더라도 독립적으로 진행될 수 있습니다. 예를 들어 BEAM은 독립적으로 운영되는 경쟁 프로세스를 관리합니다.

이벤트 루프:

이벤트 루프는 Node.js와 같은 시스템에서 비동기 작업을 관리하는 데 사용되는 디자인 패턴입니다. 단일 스레드에서 작동하여 작업을 주기적으로 실행하고 I/O 및 비동기 실행과 같은 이벤트에 응답하여 프로그램이 긴 작업을 기다리는 동안 계속 응답하도록 보장합니다.

병행:

병렬화는 서로 다른 CPU 코어에서 여러 작업을 동시에 실행하는 것입니다. 동시 작업 관리를 의미하는 동시성과 달리 병렬성은 실제로 이러한 작업을 동시에 실행하는 것을 포함합니다. BEAM은 프로세스를 여러 코어에 분산하여 병렬성을 극대화합니다.

경량 프로세스:

BEAM에서 경량 프로세스는 기존 스레드보다 훨씬 더 많은 메모리와 CPU 효율성을 제공하는 실행 단위입니다. 이들은 서로 분리되어 있으며 BEAM에 의해 관리되므로 수백만 개의 동시 프로세스를 생성하고 관리할 수 있습니다.

선제적 스케줄링:

선점형 스케줄링은 운영 체제나 가상 머신이 각 프로세스에 타임 슬라이스를 할당하여 어떤 프로세스도 CPU를 독점하지 않도록 하는 런타임 관리 시스템입니다. BEAM에서는 이를 통해 모든 프로세스가 공정하게 실행될 수 있는 기회를 보장합니다.

빔 VM:

BEAM(Bogdan/Björn의 Erlang Abstract Machine)은 Erlang 및 Elixir 코드를 실행하는 가상 머신입니다. 경량 프로세스를 효율적으로 관리하고 대규모 동시성 및 병렬성을 지원하며 내결함성을 제공하는 능력으로 잘 알려져 있습니다.

OTP(개방형 통신 플랫폼):

OTP는 Erlang 및 Elixir와 함께 제공되는 라이브러리 및 디자인 패턴 세트입니다. 이는 동시, 분산 및 내결함성 시스템을 구축하기 위한 도구를 제공하여 강력하고 확장 가능한 애플리케이션 개발을 촉진합니다.

리브브

는 Node.js에서 비동기 I/O 작업을 지원하는 크로스 플랫폼 라이브러리입니다. 이벤트 루프를 구현하고 네트워크 작업, 파일 시스템 및 스레드와 같은 운영 체제 기능을 추상화하는 역할을 담당합니다. libuv를 사용하면 Node.js가 단일 스레드에서 비동기 작업을 효율적으로 실행하고 작업 차단을 위해 내부 스레드 풀을 활용하여 기본 이벤트 루프의 연속성을 보장할 수 있습니다.

I/O 작업

I/O(입력/출력) 작업은 파일 읽기 또는 쓰기, 하드웨어 장치와의 통신, 네트워크를 통한 데이터 교환 등 프로그램과 외부 세계 간의 모든 상호 작용을 나타냅니다. 이러한 작업은 시간이 많이 걸릴 수 있으며 많은 시스템에서 작업이 완료될 때까지 기다리는 동안 프로그램이 차단되는 것을 방지하기 위해 비동기식으로 수행됩니다.

참고자료

얼랭. 간략한 BEAM 입문서. Erlang 블로그, 2020. 이용 가능: https://www.erlang.org/blog/a-brief-beam-primer/. 액세스 날짜: 8월 29일 2024.

얼랭. Erlang 시작하기 [PDF]. Erlang.org. https://erlang.org/download/erlang-book-part1.pdf에서 이용 가능합니다. 액세스 날짜: 8월 29일 2024.

NODE.DOCTORS. Node.js 이벤트 루프에 대한 애니메이션 가이드입니다. Dev.to, 2021. 이용 가능: https://dev.to/nodedoctors/an-animated-guide-to-nodejs-event-loop-3g62. 액세스 날짜: 8월 29일 2024.

NODE.DOCTORS. 애니메이션 Node.js 이벤트 루프 단계. Dev.to, 2022. 이용 가능: https://dev.to/nodedoctors/animated-nodejs-event-loop-phases-1mcp. 액세스 날짜: 8월 29일 2024.

NODE.JS. 무리. Node.js, 2023년. https://nodejs.org/api/cluster.html에서 확인 가능. 액세스 날짜: 8월 29일 2024.